區(qū)塊鏈現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

山東省農(nóng)村信用社聯(lián)合社 劉文杰 劉保汛 劉亞軍

0 引言

從2013年到2015年，網(wǎng)絡(luò)犯罪的成本翻了兩番，但大部分網(wǎng)絡(luò)犯罪并未被發(fā)現(xiàn)。高德納報(bào)告稱，到2019年，網(wǎng)絡(luò)犯罪的成本預(yù)計(jì)將達(dá)到2萬(wàn)億美元。對(duì)于世界上所有公司來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)犯罪有可能成為最大的威脅。2014年渣打銀行(Standard Chartered)在中國(guó)青島的一宗欺詐案中損失了約2億美元。銀行和金融機(jī)構(gòu)使用基于區(qū)塊鏈的技術(shù)來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)和防止網(wǎng)絡(luò)欺詐。例如，渣打銀行正在與星展集團(tuán)（東南亞最大的銀行）合作開(kāi)發(fā)一個(gè)使用區(qū)塊鏈的電子發(fā)票分類賬。納斯達(dá)克(Nasdaq)宣布推出基于區(qū)塊鏈的數(shù)字分類技術(shù)的計(jì)劃，該技術(shù)將有助于提高其股票管理能力。

區(qū)塊鏈可以在物聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^(guò)跟蹤記錄交換的數(shù)據(jù)來(lái)跟蹤單個(gè)設(shè)備的歷史。它可以使智能設(shè)備充當(dāng)獨(dú)立代理，可以自動(dòng)執(zhí)行多個(gè)事務(wù)[1]。例如，智能家電與其他的家用電器競(jìng)爭(zhēng)，能夠使洗衣機(jī)、恒溫器、洗碗機(jī)和智能照明在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間運(yùn)行，以盡量減少當(dāng)前電網(wǎng)價(jià)格的電費(fèi)。

1 區(qū)塊鏈的相關(guān)介紹

1.1 區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)事務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，它包含了過(guò)去執(zhí)行的所有事務(wù)的信息，使用的是比特幣協(xié)議。它創(chuàng)建了數(shù)字分類賬的交易，允許網(wǎng)絡(luò)上的所有參與者以一種安全的方式編輯分類賬，并且在分布式網(wǎng)絡(luò)上共享。

區(qū)塊鏈元數(shù)據(jù)通過(guò)比特幣核心客戶端[2]存儲(chǔ)在谷歌的數(shù)據(jù)庫(kù)(LevelDB)中。如果將區(qū)塊鏈假設(shè)為垂直棧，將塊放在彼此的頂端，那么最底部的塊將作為堆棧的基礎(chǔ)。塊與塊之間是相互鏈接的，后一個(gè)塊指向鏈中的前一個(gè)塊。單個(gè)塊由哈希標(biāo)識(shí)來(lái)區(qū)分，該哈希值使用安全加密哈希算法(SHA-256)生成。一個(gè)塊只有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)，但是可以有多個(gè)子節(jié)點(diǎn)，每個(gè)子塊引用同一個(gè)父塊，因此在前面的塊哈希字段中包含了相同的哈希值。每個(gè)塊在其自己的標(biāo)識(shí)中包含父塊的哈希值，從而將單個(gè)塊與父塊鏈接起來(lái)的哈希值序列創(chuàng)建了一個(gè)指向第一個(gè)塊的大鏈，這就稱之為創(chuàng)世區(qū)塊。

在區(qū)塊鏈中，2009年創(chuàng)建的第一個(gè)塊被稱為“創(chuàng)世區(qū)塊”。它是所有新創(chuàng)建的塊的共同祖先，如果向后遍歷，將在最后到達(dá)創(chuàng)世區(qū)塊。創(chuàng)世區(qū)塊被編碼在比特幣客戶端軟件中，不能被篡改。所有節(jié)點(diǎn)都知道生成塊的哈希值和結(jié)構(gòu)。在比特幣核心客戶端中，可以看到靜態(tài)編碼的創(chuàng)世區(qū)塊，可以查找精確的塊哈希值。創(chuàng)世區(qū)塊的一些細(xì)節(jié)，包括最新交易和所有新創(chuàng)建的塊、高度、它的下一塊以及字節(jié)的大小等[3]。

1.2 比特幣

1.2.1 比特幣

比特幣是一種分散的加密貨幣，由系統(tǒng)中所有參與節(jié)點(diǎn)按規(guī)定的速率生成。一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的比特幣鏈被稱為區(qū)塊鏈。它可以用來(lái)搜索在比特幣地址之間的網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生的任何過(guò)去的交易。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新的事務(wù)塊時(shí)，它就會(huì)被添加到區(qū)塊鏈。新的交易記錄不斷被添加到比特幣的公共分類賬中，這個(gè)過(guò)程被稱為比特幣挖掘，即為“挖礦”。

比特幣的認(rèn)證性是指，BitID是一種分散式認(rèn)證協(xié)議，允許用戶與比特幣進(jìn)行連接。BitID使用比特幣錢包和二維碼提供服務(wù)或平臺(tái)接入點(diǎn)。比特幣具有完整性和不可抵賴性，完整性是指比特幣使用數(shù)字簽名，保證交易不能在以后進(jìn)行修改，確保其完整性。不可抵賴性是指發(fā)送消息的人必須持有私鑰，因此擁有比特幣，發(fā)送方需要在前面的哈希值和目標(biāo)公鑰上簽名。

比特幣優(yōu)點(diǎn)：一是快速和便宜，使用比特幣錢包進(jìn)行的交易速度很快，交易費(fèi)用也很低；二是去中心化即為分散的注冊(cè)表，比特幣是分散式的，沒(méi)有中介完全控制，因此中介或銀行無(wú)法將比特幣從你手中奪走，也沒(méi)有任何退款；三是具有安全支付信息，比特幣交易使用公鑰和私鑰，當(dāng)一個(gè)比特幣被發(fā)送時(shí)，該事務(wù)將由公共密鑰和私有密鑰共同簽署，從而創(chuàng)建一個(gè)證書(shū)。

1.2.2 工作流程

比特幣交易使用的是橢圓曲線數(shù)字簽名加密算法(ECDSA)，以確保只有合法擁有者才能獲得資金[4]。當(dāng)一個(gè)比特幣被發(fā)送時(shí)，它會(huì)附加新的所有者的公鑰即交易信息并且簽署發(fā)送者的私鑰。發(fā)送方的消息簽名來(lái)驗(yàn)證此消息是真實(shí)的，并且每個(gè)人都保留了事務(wù)歷史記錄，因此可以很容易的驗(yàn)證消息的真實(shí)性。每個(gè)比特幣都與當(dāng)前所有者的公共ECDSA密鑰有關(guān)。比特幣交易所是連接互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器，它允許把現(xiàn)金作為紙質(zhì)收據(jù)或?qū)㈠X轉(zhuǎn)移到區(qū)塊鏈上的公鑰來(lái)交換比特幣。它使用非對(duì)稱加密算法來(lái)加密和解密數(shù)據(jù)，如圖1所示。首先通過(guò)操作系統(tǒng)產(chǎn)生256位的隨機(jī)數(shù)作為私鑰，比特幣私鑰用256位的二進(jìn)制形式來(lái)表示，利用哈希算法SHA-256以及Base58進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后形成長(zhǎng)度為50個(gè)字符的私鑰給用戶，比特幣公鑰則運(yùn)用橢圓曲線算法Secp256k1得到65個(gè)字節(jié)的隨機(jī)數(shù)，公鑰生成比特幣的交易地址的運(yùn)算過(guò)程為：利用哈希算法SHA-256 以及RIPEMD160生成摘要結(jié)果即含有20字節(jié)長(zhǎng)度的hash160結(jié)果，然后利用SHA-256 哈希算法，Base58轉(zhuǎn)換成比特幣地址，該地址含有33 字符的長(zhǎng)度[5]。

圖1 比特幣非對(duì)稱加密運(yùn)算過(guò)程

比特幣交易不需要第三方，因?yàn)樗_(kāi)發(fā)行了區(qū)塊鏈的分類賬。用戶使用計(jì)算機(jī)運(yùn)行相應(yīng)的軟件，稱為比特幣礦商，最終形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)維護(hù)區(qū)塊鏈。在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行軟件的所有計(jì)算機(jī)都在競(jìng)爭(zhēng)解決密碼難題，其中包含來(lái)自多個(gè)交易的數(shù)據(jù)。第一個(gè)解決難題的礦工可以得到一些新的比特幣，并且相應(yīng)的事務(wù)塊被添加到現(xiàn)有的區(qū)塊鏈。每個(gè)難題的難度水平與比特幣礦商的數(shù)量成正比。因?yàn)楸忍貛诺呢泿呕A(chǔ)無(wú)法擴(kuò)大，因此比特幣一旦被廣泛使用，將經(jīng)歷嚴(yán)重的通貨緊縮[6]。

1.2.3 比特幣的先進(jìn)性

首先是多重簽名特性，比特幣交易使用的是基于堆棧，由左向右處理的一種腳本語(yǔ)言。比特幣網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)交易被稱為單個(gè)簽名交易，因?yàn)樗恍枰姓叩钠渲幸粋€(gè)簽名，但是比特幣也支持復(fù)雜的交易，需要多于一個(gè)人的簽名，所以它支持多重簽名事務(wù)。然后是鎖定時(shí)間特性，它使得交易在某個(gè)時(shí)間之前不允許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。例如微支付通道，就同時(shí)使用了多重簽名以及鎖定時(shí)間技術(shù)。比特幣的多重簽名錢包也有可能增加資金的安全性，能夠應(yīng)用于多種場(chǎng)景，比如公司治理、資產(chǎn)管理以及擔(dān)保決策等。

比特幣交易需要一個(gè)時(shí)間窗口，才能確認(rèn)這是一個(gè)事務(wù)，現(xiàn)在比特幣交易有望從數(shù)字貨幣中快速交易。使用標(biāo)記地址也稱為綠色地址方法，該方法可以減少對(duì)比特幣交易的確認(rèn)時(shí)間。標(biāo)記地址使用比特幣自己的通信通道時(shí)，各方可以建立信任。在一個(gè)大型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中使用了拜占庭共識(shí)協(xié)議[7]，網(wǎng)絡(luò)中的所有進(jìn)程都應(yīng)該達(dá)成一致。

2008年，中本聰發(fā)明了比特幣協(xié)議，描述了比特幣數(shù)字貨幣的設(shè)計(jì)，發(fā)表了《比特幣:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金系統(tǒng)》的研究論文[8]。在文中討論了在不通過(guò)金融機(jī)構(gòu)渠道的情況下，直接從一方到另一方的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電子現(xiàn)金轉(zhuǎn)移。以太坊是一個(gè)基于公共區(qū)塊鏈的分布式計(jì)算平臺(tái)，能夠運(yùn)行智能應(yīng)用程序，不需要停機(jī)或者第三方干擾。以太坊提供了一種分散的虛擬機(jī)，稱為以太坊虛擬機(jī)(EVM)，它可以使用一種名為Ether的加密貨幣來(lái)執(zhí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議[9]。

2 區(qū)塊鏈的發(fā)展

普華永道(PwC)的報(bào)告顯示，區(qū)塊鏈正在以前所未有的速度被探索和采用。在2016年的新興技術(shù)報(bào)告中，Gartner提出了技術(shù)成熟度曲線，如圖2所示，區(qū)塊鏈處于技術(shù)萌芽期，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了所膨脹預(yù)期的頂峰值，但是區(qū)塊鏈成為主流應(yīng)用仍然需要5到10年的發(fā)展時(shí)間。

圖2 技術(shù)成熟度曲線

區(qū)塊鏈將多個(gè)事務(wù)存儲(chǔ)在一個(gè)集中的分布式賬簿中，所有的參與方和活動(dòng)都可以通過(guò)一個(gè)分散的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。在市場(chǎng)上有數(shù)十種發(fā)行分類賬的產(chǎn)品，目前比特幣最受歡迎。納斯達(dá)克宣布推出區(qū)塊鏈數(shù)字賬簿技術(shù)計(jì)劃，該技術(shù)將有助于擴(kuò)大和增強(qiáng)其股票管理能力。Bitfinex是總部位于香港的世界領(lǐng)先的比特幣交易所，該交易所是最先進(jìn)的加密貨幣交易所之一，提供融資融券交易、高級(jí)訂貨單類型以及低風(fēng)險(xiǎn)回報(bào)的保證金融資[10]。

3 結(jié)束語(yǔ)

如圖3所示，目前金融市場(chǎng)與區(qū)塊鏈的結(jié)合，主要集中在清算和結(jié)算、股票和債券發(fā)行、支付、以及參考數(shù)據(jù)四個(gè)領(lǐng)域，可以自發(fā)的產(chǎn)生企業(yè)征信，記錄整個(gè)金融過(guò)程，提供統(tǒng)一的憑證，所以區(qū)塊鏈金融市場(chǎng)前景廣闊。

圖3 區(qū)塊鏈金融應(yīng)用示意圖

區(qū)塊鏈可以作為一個(gè)分類賬或記錄員來(lái)處理由物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)十億的交易。區(qū)塊鏈通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的分散化機(jī)制，改變了金融底層的基礎(chǔ)服務(wù)架構(gòu)。區(qū)塊鏈在技術(shù)層面上實(shí)現(xiàn)了去中心化的信任，解決了各方交易的信任問(wèn)題。區(qū)塊鏈具有P2P消息傳遞協(xié)議和安全共享分布式數(shù)據(jù)，能夠促進(jìn)價(jià)值交換互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字貨幣的發(fā)展。

區(qū)塊鏈有可能重塑資本市場(chǎng)行業(yè)，對(duì)商業(yè)模式產(chǎn)生影響，能夠降低風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省成本和資本[11]。采用區(qū)塊鏈技術(shù)將會(huì)有顯著的好處，并減少財(cái)務(wù)機(jī)構(gòu)需要維護(hù)的賬簿的數(shù)量，并確保更精確的審計(jì)跟蹤。隨著設(shè)備成本的不斷下降以及計(jì)算能力的飛速提高，在物聯(lián)網(wǎng)和提供安全等方面，區(qū)塊鏈將會(huì)有很大的發(fā)展前景。

[1]梅蘭妮·斯萬(wàn).區(qū)塊鏈——新經(jīng)濟(jì)藍(lán)圖及導(dǎo)讀[M].北京：新星出版社,2016.

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[4]Don Johnson,Alfred Menezes.The elliptic curve digital signature algorithm(ECDSA)[J].International Journal of Information Security,2001,1(1)：36-63.

[5]陳華鋒.高速SHA-256算法實(shí)現(xiàn)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版),2009(6).

[6]Blockchain Monitoring Website[OL].available：https：//blockchain.info/,January 8,2016.

[7]范捷,易樂(lè)天,舒繼武.拜占庭系統(tǒng)技術(shù)研究綜述[J].軟件學(xué)報(bào),2013,24(6)：1346-1360.

[8]Nakamoto S.Bitcoin：a peer-to-peer electronic cash system[OL].available：https：//bitcoin.org/bitcoin.pdf,2009.

[9]Ethereum White Paper.A next-generation smart contract and decentralized application platform[OL].available：https：//github.com/ethereum/wiki/wiki/WhitePaper,November 12,2015.

[10]莊曄.區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)金融業(yè)的主要潛在影響[N].環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào),2016,5(25).

[11]徐明星.區(qū)塊鏈重塑世界經(jīng)濟(jì)[M].北京：中信出版社,2016.